1. 浮力定律 澡盆裏的力學發現
輪船為什麼能漂浮在海麵上？急刹車時我們的身體為什麼會突然向前傾？鞋底的紋理為什麼能防滑？熟透的蘋果為什麼會落到地麵上？這些看似簡單的生活現象，你思考過它們為什麼會發生嗎？在我們的身邊，“力”可以說是無處不在的，而且這些“力”又是不盡相同的，有浮力，有摩擦力，有重力，有壓力……現在，讓我們一同走進“力”的世界，去領略奇妙的物理“風光”。
小時候，你可能做過這樣的遊戲：折一隻紙船，然後，把它小心翼翼地放進水中，用手輕輕撩撥著水，默默地注視它遠去，希望它能夠順水漂進蔚藍的大海……童年的夢想是美麗而純真的，不知你想過沒有，為什麼小紙船會浮在水麵上而不是沉下去呢？
關於浮力定律的發現還流傳著一個有趣的故事。
相傳，公元前3世紀，在現在意大利西西裏島有個名叫敘拉古的王國。國王希洛叫工匠為他打造一頂純金的王冠。金王冠做得極其精致，可是有人告發說，工匠在製作王冠時用銀子偷換了金子。國王開始擔心王冠的真實性，但又苦於沒有證據，於是他找來了阿基米德，讓他在不損害王冠的情況下判定王冠是否摻了假。
這是一個難題，即使對於聰明絕頂的阿基米德來說，也是非常棘手的。他日思夜想，不得其解。直到有一天，他去澡堂洗澡，當躺進澡盆時，他發現隨著身體越往下沉，盆裏溢出的水就越多。沉思了片刻，他欣喜若狂地跳出了澡盆，甚至忘記了穿衣服就直奔王宮，邊跑邊喊：“找到了，找到了！”
沒錯，他不僅發現了鑒定王冠是否摻假的方法，還發現了重要的科學原理，即浸入水中的物體受到一個向上的浮力，浮力的大小等於它所排開的水的重量。據此，阿基米德計算了王冠中金的含量。重量相同的物體，密度大的體積自然就小。金子的密度大於銀子，當金塊和銀塊同重時，金塊的體積必然小於銀塊的體積。把相同重量的金塊和銀塊分別放入水中，金塊排出的水就比銀塊排出的水少，而王冠排出的水在這兩者之間，這就證明了王冠不是純金的。
阿基米德在測試完王冠後並沒有滿足於此，他繼續研究，更進一步地得出了“浸在流體裏的物體受到向上的浮力，其大小等於物體排開的流體所受的重力”這一重要的結論，即浮力定律。
對於浮力的認識和應用，我國古人也積累了相當豐富的實踐經驗。晉代的《苻子》一書就記錄了這樣一個故事：
“朔人獻燕昭王以大豕，曰‘養奚若’。……王乃命豕宰養之。十五年，大如沙墳，足如不勝其體。王異之，令衡官橋而量之，折十橋，豕不量。命水官浮舟而量之，其重千鈞。”“浮舟而量之”，就是利用水的浮力來測定這頭其重無比的大豬的重量。如果《苻子》的記載真實的話，這是我國古人利用水的浮力測定物體的重量的一個絕妙的例子。
接下來就是大家耳熟能詳的曹衝稱象的故事了。曹衝六七歲的時候，知識和判斷能力都可以比得上成人。有一次，孫權送來了一頭巨象，曹操想知道這象的重量，詢問百官，都不能說出稱象的辦法。在大家一籌莫展之際，曹衝說：“把大象趕到大船上，在水麵所達到的地方做上記號，再把這艘船裝上石頭，當水麵也達到記號的時候，稱一下這些石頭，那麼大象的重量就能知道了。”曹操聽了很高興，馬上照這個辦法去做了。
浮力定律對於航海事業的發展有著至關重要的作用。現在的船隻多是鋼鐵製成，鋼鐵比水重但卻能浮在水麵上，這是因為船的內部是挖空的，也就是說船本身的重量比船體排開的水要輕，這就是船能浮在海麵上的秘密。但是這一點人類其實是很晚才認識到的。早在拿破侖時期，就有人向他建議用金屬造船，可是不可一世的拿破侖並沒有采用，否則，也許成為海上霸主的將是法蘭西第一帝國，而不是英國。
阿基米德之死
公元前240年，阿基米德回到故鄉敘拉古，當了赫農王的顧問，幫助國王解決生產實踐、軍事技術和日常生活中的各種科學技術問題。公元前212年，古羅馬軍隊攻陷敘拉古，正在專心致誌研究幾何問題的阿基米德，不幸被羅馬士兵殺死，終年75歲。如今，被譽為“數學之神”的阿基米德的遺體葬在西西裏島，墓碑上刻著一個圓柱內切球的圖形，以紀念他在幾何學上的卓越貢獻。
2. 慣性定律 你身邊無形的“力量之手”
我們經常會遇到這樣的情景：坐車的時候，突然一個急刹車，我們的身體會控製不住地猛然向前傾斜，有時甚至會把頭重重地撞在前擋風玻璃上……你留心並思考過這些身邊的小事嗎？你知道為什麼會發生這種情形嗎？
慣性定律又稱牛頓第一定律，它的表述內容是一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。這一定律不僅科學地闡述了一個物理概念，而且包含了力和慣性這兩個元素，正確地解釋了力和運動狀態的關係，開創了力學史上的新紀元。
這條基本定律的發現和三位著名的科學家有關，他們分別是伽利略、笛卡兒和牛頓。
16世紀90年代，伽利略做了這樣一個實驗：讓小球沿一個斜麵從靜止狀態開始向下運動，小球將“衝”上另一個斜麵，如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度。減小第二個斜麵的傾角，小球在這個斜麵上仍將達到同一高度，但這時它要運動得遠些。繼續減小第二個斜麵的傾角，球達到同一高度時就會離得更遠。於是他想道：若將第二個斜麵放平，小球將永遠運動下去。
伽利略通過此實驗認識到：運動物體受到的阻力越小，其運動速度減小得就越慢，運動時間就越長。他還通過進一步的推理得出結論：在理想情況下，如果水平表麵絕對光滑，物體受到的阻力為零，它的速度將不會減慢，這時將以恒定不變的速度永遠運動下去。
後來，笛卡兒等人又在伽利略研究的基礎上進行了更深入的研究，他得出結論：如果運動物體不受任何力的作用，不僅速度大小不會改變，而且運動方向也不會改變，它將沿著原來的方向勻速運動下去。他還以為，這應該成為一個原理，它是人類整個自然觀的基石。
隨後，英國著名的科學家牛頓，總結了前人的研究成果，在此基礎上概括出一條重要的物理定律：一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這就是牛頓第一定律，也就是我們常常說的慣性定律。牛頓曾經說過：“我之所以成功，是因為站在了巨人的肩膀上。”
可以說，牛頓正是因為吸收借鑒了伽利略、笛卡兒等人的研究經驗和結果，才總結出了牛頓第一定律這一著名的科學定律。如果沒有前人的努力和經驗，即使聰明絕頂的牛頓，也是不能成功的。這也教育我們，隻有通過吸取前人們留下來的經驗，我們才能成長得更快、更好，我們是站在前人的肩膀上成長起來的。
我們都有這樣的經驗，把雞蛋用力在桌麵上轉動一下，容易轉動的是熟的，不容易轉動的是生的。這種區別生蛋和熟蛋的方法就是慣性的應用。這是因為生蛋裏麵的蛋黃和蛋白是液體，轉動時，蛋殼雖然轉動起來了，但是裏麵的液體卻由於慣性要保持原來的靜止狀態，阻礙蛋殼的轉動，所以不容易轉動。如果我們用手按一下轉動的生蛋，放手之後，會發現生蛋晃動不停，還會繼續轉幾圈。這是因為我們按一下蛋殼時，蛋殼有了停止運動的趨勢，但裏麵的液體還要保持其轉動狀態，放手後，液體還會帶動蛋殼轉幾圈。而熟蛋裏外是一體的，就不會出現上述情況了。
生活中的慣性無處不在。我們要利用慣性，也要防止慣性給我們帶來的危害。許多交通事故造成的損失傷害，都與物體的慣性有關，為了減少此類事故的再發生，在公路交通管理中有許多要求和措施。如：對機動車輛的速度的限製；要求駕駛員和前排乘客必須使用安全帶；保持一定車距；禁止超重；前方轉彎時，減速慢行等等。
慣性導航係統
慣性導航係統是一種不依賴於外部信息也不向外部輻射能量的自主式導航係統。其工作環境不僅包括空中、地麵，還可以在水下。慣性導航係統的基本工作原理以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考係的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標係中，這樣就能夠得到在導航坐標係中的速度、偏航角和位置等信息。
3. 自由落體 羽毛和鐵塊會同時落地嗎？
眾所周知，羽毛的重量是非常輕的，我國古語中就有“輕如鴻毛”這樣的說法，而鐵塊是非常重的，拿在手中感覺總是沉甸甸的。那麼如果在高處把同樣重量的羽毛和鐵塊同時拋下，誰會先著地呢？也許你會想，鐵塊那麼重，當然是鐵塊先落地啊！可是，事實真是這樣嗎？
世界古代史上最偉大的哲學家、科學家和教育家之一——柏拉圖的學生、亞曆山大的老師——亞裏士多德認為，地球是宇宙的中心，是一切空中運動物體的天然歸宿。物體的重量越大，其趨向天然位置的傾向也越大，所以其下落的速度也越大。簡單地說，就是物體下落的速度與質量成正比。這樣的解釋就可以說明許多事物，比如說羽毛比石頭輕，它的下落速度就會比石頭慢。
亞裏士多德的許多思想被人們所堅信，再加上他的學說被宗教所利用，因此，他的空中物體自由運動理論便成為了當時最經典最權威的理論，統治人們的思想達兩千年之久。直到1636年，一個名叫伽利略的科學家對亞裏士多德這一學說提出了疑問。
他在他的《兩種新科學的對話》一書中寫到：依照亞裏士多德的理論，假設有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當兩塊石頭被綁在一起的時候，下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個物體下落速度在4~8之間。但是，兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應該大於8，這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度不應該是由其重量決定的。他在書中設想，自由落體運動的速度是均勻變化的。
在課堂上，在學生們的麵前，伽利略把一塊磚和另外一隻手的兩塊磚同時從相同的高度扔了下來，結果證明亞裏士多德的結論是錯誤的，但是，大多數人都不願接受伽利略的科學發現。他的朋友裏奇，一名數學家，看到伽利略的磚塊落地演示後，說道：“我隻承認兩塊磚塊與一塊磚塊是以相同的速度落地的，但是我仍不能輕易相信亞裏士多德的理論是錯誤的，你還是找另外的實例再來證明吧！”此時，伽利略認為自己需要公開進行一次更有說服力的實證演示，讓眾人接受他的觀點。據說，為了演示新發現，他站在著名的比薩斜塔頂上，從191英尺的高度同時扔下一個10磅的鉛球和一個1磅的鉛球，兩個鉛球同時落地，頓時全場嘩然，伽利略的理論隨著這次實驗被越來越多的人認同。
伽利略的這一科學發現，不僅在物理學史上而且在整個科學史上都占有極其重要的地位。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞裏士多德的錯誤觀點，更創立了研究自然科學的新方法。伽利略在總結自己的科學研究方法時說過：“這是第一次為新的方法打開了大門，這種將帶來大量奇妙成果的新方法，在未來的年代裏，會博得許多人的重視。”後來，惠更斯繼續了伽利略的研究工作，他導出了單擺的周期公式和向心加速度的數學表達式。牛頓在係統地總結了伽利略、惠更斯等人的工作後，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律。
伽利略留給後人的精神財富是極其珍貴的，對此，愛因斯坦曾有過這樣的評價：“伽利略的發現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標誌著物理學的真正的開端！”為了紀念伽利略的功績，人們把木衛一、木衛二、木衛三和木衛四命名為伽利略衛星。
伽利略
伽利略是近代實驗科學的先驅者，是意大利文藝複興後期偉大的物理學家、天文學家、數學家、哲學家，也是近代實驗物理學的開拓者，被譽為“近代科學之父”。1564年2月15日，伽利略生於比薩，曆史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。為了證實和傳播哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，並被終身監禁。
4. 杠杆原理 能夠撬動地球的理論
不知道讀者有沒有仔細觀察過工人的勞動？如果有，那麼你一定會注意到這樣的情況：當一塊重物靠人力很難搬動時，工人就會把一根長長的棍子塞到重物的下麵，然後再握住棍子的另一端使勁一撬，重物竟然就被掀動了！這個方法，就是利用了物理學中的杠杆原理。
小的時候玩過的蹺蹺板；在日常生活中經常使用的剪刀；喝酒的時候用過的開瓶器，這些工具都是按照杠杆原理製作出來的。你一定有這樣的體會，要把堅硬的鐵皮剪開，使用普通的剪刀很費勁，用長柄剪刀就比較省力。這是因為要使一個物體繞著固定軸轉動時，用同樣大的力作用在物體上，力的作用點離軸越遠，產生的轉動效果越顯著。比如用力推動房門，力的作用點離門軸越遠，就越省力，所以門的把手總是安裝在遠離門軸的一側。
假設地麵上有一塊又大又重的石頭，要想把它移到旁邊去，一個人又推不動，這時隻要用一根結實的棒，把棒的一端插到石頭底下，用手握住棒的另一端，用力向上抬，或是在棒的下麵墊上一塊較硬的物體，用力壓棒的一端，就能把石頭撬起來。力的作用點離硬物越遠，用的力氣就越小。長柄剪刀、撬棒等工具都是省力的杠杆。傳說古埃及建造金字塔的過程中，也是運用了大量的杠杆機械才得以順利完成。杠杆原理又被稱為“杠杆平衡條件”，要使杠杆平衡，作用在杠杆上的兩個力的大小跟它們的力臂成反比：動力×動力臂=阻力×阻力臂。在生活中，杠杆原理不僅僅運用於機器製造領域，其實在我們的人體中也存在著各種各樣的杠杆，比如說拿起一件東西，彎一下腰，甚至翹一下腳尖都是人體的杠杆在起作用。